Thiết kế đập bê tông trọng lực

Đồ án thủy công 4

THIẾT KẾ ĐẬP BÊ TÔNG TRỌNG LỰC

A. TÀI LIỆU.

Theo quy hoạch trò thủy và khai thác sông C, tại vò trí X phải xây dựng một cụm
công trình đầu mối Thuỷ Lợi với nhiệm vụ phát điện là chính, kết hợp phòng lũ cho
hạ du, điều tiết nước phục vụ tưới, cấp nước sinh hoạt và giao thông trong mùa kiệt.

I. Nhiệm vụ công trình.
1. Nhiệm vụ chính là phát điện. Trạm thuỷ điện có công suất N = 120.000 Kw.
2. Phòng lũ cho hạ du với phạm vi ảnh hưởng mà công trình có thể phát huy là
250.000ha.
3. Tăng mực nước và lưu lượng sông trong mùa kiệt để có thể tưới cho
150.000ha ruộng đất và phục vụ giao thông thuỷ, tạo nguồn cấp nước sinh hoạt cho
1.000.000 người.

II. Đòa hình, đòa chất, thuỷ văn.
1. Bình đồ khu đầu mối công trình, tỷ lệ 1/2000: Tuyến đã được xác đònh và sơ
bộ bố trí các hạng mục công trình đầu mối như sau:
- Đập bê tông trọng lực dâng nước, có đoạn tràn nước.
- Nhà máy thuỷ điện đặt ở hạ lưu đập về phìa bờ trái, nước qua turbin sẽ được
trả lại sông để cấp nước cho hạ du. Có 4 đường hầm dẫn nước vào nhà máy thuỷ
điện.
- Công trình nâng tàu (âu tàu) bố trí ở bờ trái, cách xa nhà máy thuỷ điện.
2. Đòa chất khu vực công trình:
a. Nền tuyến đập: Nền sa thạch phân lớp,trên mặt có phủ một lớp đất thòt dày từ
3 đến 5m. Đá gốc có độ phong hoá, nứt nẻ trung bình.
b. Tài liệu ép nước thí nghiệm tại tuyến đập:
Độ sâu (mét)

Độ mất nước (l/ph)

10
0,05

15
0,03

20
0,01

Chỉ tiêu cơ lý của đá nền:

- Hệ số ma sát: f = 0,65;
- Các đặc trưng chống cắt: fo = 0,63; c = 2 kg/cm2 ;
- Cường độ chòu nén giới hạn: R = 1600 kg/cm2 ;
3. Vật liệu xây dựng: Tại khu vực này đất thòt hiếm, cát và đá có trữ lượng lớn,
khai thác ngay ở hạ lưu đập, chất lượng đảm bảo tiêu chuẩn dùng làm vật liệu bê
tông, gỗ, tre có trữ lượng lớn, tập trung ở thượng lưu.
4/ Tài liệu thuỷ văn:
Trang 1


Đồ án thủy công 4
- Cao trình bùn cát lắng đọng (sau thời hạn phục vụ của công trình):
Đầu đề
Cao trình bùn cát (m)

III
240

- Chỉ tiêu cơ lý của bùn cát: n = 0,45; k = 1,15 T/m3; bh = 11o ;
- Lưu lượng tháo lũ (Qtháo) và cột nước siêu cao trên mực nước dâng bình thường
(Ht) cho bảng 4.
Bảng 4
Tần suất P%
Qtháo
Ht (m)

0,1
1330
5,5

0,5
1230
5,1

1,0
1190
4,8

1,5
1120
4,3

2,0
1080
4,0

- Đường quan hệ Q & Z ở hạ lưu tuyến đập:

Bảng 5
Q (m3/s)
300
500
700
900
1000
1100
1200
1550

Z (m)
233.5
234,4
235,2
235,8
236,1
236,4
236,6
237,3

5. Tài liệu về thuỷ năng:
- Trạm thuỷ điện có 4 tổ máy.
- Mực nước dâng bình thường (MNDBT), mực nước chết (MNC), lưư lượng qua
1 tổ máy (QTM) cho trong bảng 6.
Bảng 6
Số đề
54

Đầu bài

III

MNDBT (m)
291,0

MNC (m)
145,5

QTM (m3/s)
120

6. Các tài liệu khác:
- Tốc độ gió ứng với tần suất P(%).
Tần suất P%
V (m/s)

2
36

3
34

5
30

20
22

30
20

- Chiều dài truyền sóng D = 6km (ứng với MNDBT)
D’ = 6,5km (ứng với MNDGC)
- Khu vực xây dựng công trình có động đất cấp 8.
- Đỉnh đập không có giao thông chính đi qua.
Trang 2

50
18


Đồ án thủy công 4

B. YÊU CẦU VÀ NHIỆM VỤ.
1. Yêu cầu:
- Hiểu được cách bố trí dầu mối thuỷ lợi và lý do chọn phương án đập bê tông;
- Nắm được các bước thiết kế đập bê tông trọng lực tràn nước và không tràn
nước (trong giai đoạn thiết kế sơ bộ).
2. Nhiệm vụ:
- Bố trí phần đập tràn, không tràn trên tuyến đã chọn.
- Xác đònh mặt cắt cơ bản đập.
- Xác đònh mặt cắt thực dụng cho phần đập không tràn, đập tràn (bao gồm cả
tính toán tiêu năng).
- Kiểm tra ổn đònh mặt cắt đập không tràn.
- Phân tích ứng suất mặt cắt đập không tràn.
- Chọn cấu tạo các bộ phận: thoát nước thân đập và nền đập, chống thấm ở nền,
xử lý nền, bố trí hệ thống hành lang trong đập.
- Đồ án gồm 1 bản thuyết minh và 1 bản vẽ khổ A1, trên đó thể hiện:
+ Bình đồ bố trí đập và các công trình lân cận.
+ Chính diện thượng lưu.

+ Chính diện hạ lưu.
+ 1 mặt cắt qua phần đập không tràn.
+ 1 mặt cắt qua phần đập tràn.
+ Các chi tiết: cấu tạo khớp nối, hành lang, đỉnh đập.

Trang 3


Đồ án thủy công 4

§4-1. MỞ ĐẦU.
I. Vò trí và nhiệm vụ công trình.
1. Vò trí.
Theo qui hoạch trò thủy và khai thác sông C, tại vò trí X phải xây dựng một
nhóm đầu mối Thủy lợi với nhiệm vụ phát điện là chính, kết hợp phòng lũ cho hạ
du, điều tiết nước phục vụ tưới và giao thông trong mùa kiệt.
2. Nhiệm vụ.
- Nhiệm vụ chính là phát điện. Trạm thủy điện có công suất N = 120.000 KW
- Phòng lũ cho hạ du với phạm vi ảnh hưởng mà công trình có thể phát huy là
250.000ha.
- Tăng mực nước và lưu lượng sông trong mùa kiệt để có thể tưới cho 150.000ha
ruộng đất và phục vụ giao thông thủy.

II. Chọn tuyến đập và bố trí công trình đầu mối.
1. Tuyến đập. Dựa vào bình đồ khu đầu mối và mặt cắt đòa chất:
+ Tuyến đập ngắn.
+ Nền tốt.
→ là nơi thuận lợi cho việc xây dựng tuyến đập.
2. Chọn loại đập.
+ Nền là đá gốc có độ nứt nẻ trung bình.

+ Vật liệu: cát đá có sẵn tại đòa phương.
→ Ta chọn đập BTTL.
3. Bố trí tổng thể công trình đầu mối.
Sơ bộ bố trí các công trình đầu mối như sau :
+ Đập BTTL dâng nước, có đoạn cho nước tràn qua.
+ Nhà máy thủy điện đặt ở hạ lưu đập về phía bờ trái, nước qua Tubin sẽ trả lại
sông để tưới cho đồng ruộng phía hạ du. Có 4 đường hầm dẫn nước vào nhà máy.
+ Công trình nâng tàu bè bố trí ở bên trái, cách xa nhà máy thủy điện.

III. Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế.
1. Cấp công trình. Xác đònh theo hai điều kiện:
- Theo chiều cao đập và loại nền
+ Đập bê tông trên nền đá + chiều cao đập H = 389 -335 = 54 (m)
phụ lục (1-1)
 → Công trình cấp III.
- Theo nhiệm vụ tưới, phát điện, phòng lũ:
phụ lục(1−2)
+ Nhà máy phát điện với công suất N = 120.000 KW

→
Công trình cấp II
Trang 4


Đồ án thủy công 4
⇒ Chọn Công trình cấp II.
2. Các chỉ tiêu thiết kế. Từ cấp công trình và loại đập xác đònh được tần suất
lưu lượng: P =0.5% (phụ lục 1-3).
Mực nước lớn nhất tính toán: Hmax = 5,1 (m) (đầu bài).
Tần suất gió lớn nhất: P = 20% (phụ lục 2-1)

Tần suất gió bình quân lớn nhất tính toán: P = 2% (phụ lục 2-1)
Hệ số vượt tải: n = 1,05.
Hệ số điều kiện làm việc: m = 1
Hệ số tin cậy: Kn = 1,2
Độ vượt cao an toàn của đỉnh đập: a = a’ = 0,75 (m)

§4-2. TÍNH TOÁN MẶT CẮT ĐẬP.
I. Mặt cắt cơ bản.
1. Dạng mặt cắt cơ bản. Do đặc điểm chòu lực mặt cắt cơ bản của đập bê tông
trọng lực có dạng tam giác ( hình 1). Đỉnh mặt cắt ở ngang MNDGC, ở đây:
MNDGC = MNDBT + Htmax = 389 + 5,1 = 391,4 (m)
Trong đó: Ht là cột nước tiêu cao, lấy theo tài liệu đã cho ứng với tần suất lũ
thiết kế P = 0.5%
Chiều cao mặt cắt:
H1 = MNDGC - ∇ đáy = 391,4 – (335 – 5) = 64,1 (m)
Trong đó: ∇ đáy xác đònh trên mặt cắt đòa chất dọc tuyến đập đã cho, lấy tại vò trí
sâu nhất sau khi bóc bỏ lớp phủ (5m).
Chiều rộng đáy đập là B, trong đó đoạn hình chiếu của mái thượng lưu là nB,
hình chiếu của mái hạ lưu là (1-n)B. Trò số n có thể chọn trước theo kinh nghiệm
(n =0 ÷ 0,1). Trò số của B xác đònh theo các điều kiện ổn đònh và ứng suất.
2. Xác đònh chiều rộng đáy đập.
a. Theo điều kiện ổn đònh :
B = Kc

H1
γ

Fo  1 + n − α 1 
γn


(1)

Trong đó: H1 = 59
: chiều cao mặt cắt
Fo = 0,65
: hệ số ma sát
3
γ1 = 2,5 (T/m ) : dung trọng của đập
γn = 1 (T/m3) : dung trọng của nước
n =0
Vì đập cao, công trình quan trọng nên cần thiết phải xử lý chống thấm cho nền
bằng cách phụ vữa tạo màu chống thấm. Trò số α1 xác đònh theo mức độ xử lý nên

Trang 5


Đồ án thủy công 4
sơ bộ có thể chọn α1 = 0. Trò số α1 sẽ được chính xác hóa bởi việc tính toán xử lý
nền sau này.
α1 = 0,5
: hệ số cột nước còn lại sau này
Kc : hệ số an toàn ổn đònh cho phép. Theo quan điểm tính toán ổn đònh trong các
quy phạm mới, ổn đònh của công trình trên nền được đảm bảo khi:
n c .N tt ≤

m
R
Kn

(2)

Trong đó:

nc = 1
: hệ số tổ hợp tải trọng
m =1
:hệ số điều kiện làm việc
Kn =1,2
: hệ số tin cậy
Ntt và R lần lượt là giá trò tính toán của lực tổng quát gây trượt và lực chống giới
hạn.
Có thể viết (4 -2) dưới dạng:
n K
R
≥ c n
N tt
m

(3)

So sánh với công thức tính ổn đònh trong quy phạm cũ có thể coi
Kc =

1x1.2
n cK n
= 1.2
=
1
m

Thay tất cả vào (1) ta được :

Trang 6

B = 1,2

(4)

64,1
 2,5

0,65
+ 0 − 0,5  = 59,0 (m).
 1



Hc

Đồ án thủy công 4

Đáy
(1-n)B

S1

nB

L1

L2

δ

Hình 4-1. Sơ đồ tính toán mặt cắt cơ bản của đập
b. Theo điều kiện ứng suất :
H
B=
=
γ1
(1 − n ) + n ( 2 − n ) − α 1
γn

64,1
2,5
(1 − 0) + 0( 2 − 0) − 0,5 =45,3 (m).
1

Chọn trò số B:
Để thỏa mãn đồng thời cả 2 điều kiện ổn đònh và ứng suất, chọn B là trò số lớn
nhất trong 2 trò số đã tính ở trên
Chọn B = 59 (m).

II. Mặt cắt thực dụng đập không tràn.
Từ mặt cắt cơ bản, tiến hành bổ sung 1 số chi tiết ta được mặt cắt thực dụng.
1. Xác đònh cao trình đỉnh đập.
Đỉnh đập bêtông phần không tràn xác đònh từ 2 điều kiện:
∇ đ1 = MNDBT + ∆h + η s + a

∇ đ 2 = MNDGC + ∆h ' + η 's + a '

a. MNDBT = 389 (m)
V2% = 36 (m/s)

Trang 7


Đồ án thủy công 4
 D = 6.103 (m)
2
V
D

−6
∆h = 2.10
; Với  g = 9,81 (m/s2)
g.H 1
 H = 59 (m)
 1
⇒ ∆h = 2.10 −6

36 2.6.10 3
= 0,027 (m)
9,81.59

+ Xác đònh ηs
Giả thiết: H > 0,5λ
g.t 9,81.6.3600
g.h

=
= 5886 → 2s = 0,068 ;
V
36
V

Ta chọn:

g.τ
= 3,6
V
g.D 9,81.6.10 3
g.h
g.τ
=
= 45,5 → 2s = 0,013 ;
= 1,25
2
2
V
36
V
V
g.h s
= 0,013 → h s = 1,7 (m)
V2
g.τ
→ τ = 4,6 (m)
= 1,25
V

→ λ = gτ

2

= 33 → (thỏa mãn)

2.π
→ h s 5% = K 5% . h s với K 5% =1,75 và h s =1,7 → h s 5% =2,975 (m)
h 5%
η s = K η s .h 5%

Với

=

2,975
= 0,09
33

λ
λ
33
=
= 0,559
H 1 59

⇒ K η s = 1,22

→ η s = 1,22 x 2,975 = 3,63 (m)

→ ∇ đ1 = MNDBT + ∆h + η s + a = 389 + 0.027 + 3,63 + 0,75 = 393,407 (m)

b. Cao trình đỉnh đập ứng với MNDGC
∇ đ 2 = MNDGC + ∆h ' + η 's + a '

MNDGC
V20%

= 394,1 (m)
= 22 (m/s)

V 2 D'
∆h’ = 2.10
;
g.H 1
−6

D' = 6,5.103 (m)

g = 9,81 (m/s2)
H ' = 64.1 (m)


Với

1

⇒ ∆h' = 0,009 (m)
Tính ηs
Giả thiết: H > 0,5λ

g.t 9,81.6.3600
=
= 9631
V
22
Trang 8

→

g.h s
= 0,08 ;
V2

g.τ
= 4
V


Đồ án thủy công 4
g.D 9,81.6,5.10 3
=
= 132
22
V2

→

g.h s
= 0,018 ;
V2

g.τ
= 1,6
V

Ta chọn:
g.h s
= 0,018 → h s = 0,9 (m)
V2
g.τ
→ τ = 3,6 (m)
= 1,6
V
→ λ = gτ

2

= 20,24 (thỏa mãn)
2.π
→ h' s 5% = K 5% . h s ' với k' 5% = 1,8 và h s =0,9 → h s5% =1,62 (m)
h 5%
η s = K η s .h 5%

λ

Với

=

1,62

= 0,08
20,24

λ
20,24
=
= 0,316
H1
64,1

⇒ K η s = 1,1

→ η s = 1,1 x 1,62 = 1,78 (m)
→ ∇ d 2 = MNDDC + ∆h'+ η s '+ a' = 394,1 + 0,009 + 1,78 + 0,75 = 396,541(m)

Vậy ta chọn ∇ đ = 397 (m)
2. Bề rộng đỉnh đập. Đỉnh đập không có yêu cầu giao thông nên chọn b = 5(m)
3. Bố trí các lỗ khoét. Các hành lang (lỗ khoét) trong thân đập có tác dụng tập
trung nước thấm trong thân đập và nền, kết hợp để kiểm tra, sửa chữa. Hành lang ở
gần nền để phụt vữa chống thấm. Kích thước hành lang 2×3(m)
Theo chiều cao đập, bố trí hành lang ở các tầng khác nhau, tầng nọ cách tầng
kia 20m. Khoảng cách từ mặt thượng lưu đến mép trước của hành lang chọn theo
điều kiện chống thấm:
C=

H
J

Trong đó: H 1 = 64,1 – 43 = 21,1 : cột nước tính đến đáy hành lang trên cùng
H2 = 64,1 - 20 = 44,1 : cột nước tính đến đáy hành lang dưới cùng

C1 =

22,1
=1,5 ;
15

C2 =

44.1
=3 (m)
15

J = 15 : Gradien thấm cho phép của bê tông.

III. Mặt cắt thực dụng của đập tràn.
1. Mặt cắt đập tràn. Chọn mặt tràn dạng Ophixêrốp không chân không. Loại
này có hệ số lưu lượng tương đối lớn và chế độ làm việc ổn đònh.
X
0.00
Trang 9

X
0.00

y
0.13

Y
0.64

x
1.40

X
7.14

y
0.57

Y
2.88


Đồ án thủy công 4
0.10
0.20
0.30
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20

0.51
1.02
1.53
2.04
3.06
4.08
5.10

6.12

0.04
0.01
0.00
0.01
0.06
0.15
0.26
0.39

0.18
0.04
0.00
0.04
0.31
0.75
1.31
2.00

1.70
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50

8.67
10.20

12.75
15.30
17.85
20.40
22.95

0.87
1.24
1.96
2.82
3.82
4.93
6.22

4.45
6.30
10.00
14.40
19.47
25.14
31.72

Cách xây dựng mặt cắt đập tràn như sau:
Chọn cao trình ngưỡng tràn ngang với MNDBT (tràn tự động) = 59 (m). Chọn hệ

trục Oxy ngang cao trình ngưỡng tràn, hướng về hạ lưu, trục Oxy hướng xuống dưới gốc O
ở mép thượng lưu đập, ngang cao trình ngưỡng tràn (hình vẽ ).Vẽ đường cong theo tọa độ
Ophixêrốp trong hệ trục đã chọn (đường cong aBd). Tònh tiến đường cong đó theo phương
ngang về hạ lưu cho đến khi tiếp xúc với biên hạ lưu của mặt cắt cơ bản tại điểm D. Mặt

hạ lưu nối tiếp với sân sau bằng mặt cong có bán kính:
R = (0,2 – 0,5).(p + Ht)
(8)
Trong đó:
p = H = 400 – 330 = 70 m
: chiều cao đập
Ht
= 5,1 m
: cột nước trên đỉnh tràn.
Thay vào (8) ta có R = 0,5(67 + 5,1)=37,55 (m)
Mặt tràn nước cuối cùng sẽ là mặt ABCDEF (xem hình).
Trong đó:
AB: nhánh đi lên của đường cong OphiXêrốp (kéo dài đoạn Ba về phía trước
cho đến khi gặp mái thượng lưu tại A).
BC: là đoạn nằm ngang trên đỉnh.
CD: là một phần của nhánh đi xuống của đường cong Ophixêrốp.
DE: là một đoạn của mái hạ lưu mặt cắt cơ bản.
EF: là cung cong nối tiếp với sân sau.

Trang 10


Đồ án thủy công 4

Ht

O B
A

x

C
D

O1

P
d

E

R
F

y
2Hình 2 : Xây dựng mặt cắt đập tràn
2. Trụ pin và cầu giao thông:
- Đỉnh đập không có đường giao thông chính chạy qua, nhưng để đi lại kiểm tra
và khai thác công trình, vẫn phải làm cầu giao thông qua đập tràn. Trường hợp
bêtông tràn lớn, cần phải làm các trụ pin để đỡ cầu. Mặt trụ thượng hạ lưu cần đảm
bảo điều kiện chảy bao hợp lý. Cao trình đỉnh cầu giao thông chọn ngang đỉnh đập,
bề rộng mặt cầu chọn bằng mặt đập.
- Trường hợp tràn có cửa van, cần làm cầu công tác để đóng mở van. Chiều cao
cầu công tác xác đònh theo yêu cầu kéo van lên, và độ lưu không cần thiết.

§4-3 TÍNH TOÁN MÀN CHỐNG THẤM.
I. Mục đích.
Xác đònh các thông số cần thiết của màn chống thấm (chiều sâu, chiều dày, vò
trí đặt) để đảm bảo được yêu cầu chống thấm đề ra (hạn chế lượng mất nùc, giảm
nhỏ áp lực thấm lên đáy đập).

II. Xác đònh các thông số của màn chống thấm.
1. Chiều sâu phụt vữa (S1): phụ thuộc vào nùc, độ nứt nẻ của nền và chiều
cao đập. i 25 < H 1=59<75 : tương ứng đến 0.03 l/ph
Từ tài liệu ép nước thí nghiệm đã cho, ta xác đònh được chiều sâu màn
S1 = 15(m)

Trang 11


Đồ án thủy công 4
2. Chiều dày màn chống thấm: xác đònh theo điều kiện chống thấm cho bản
thân màn:
δ≥

αH
[ J]

(9)

Trong đó:
+ αH : cột nước tồn thất qua màn ,
→ αH = 38,46 (m)
α = 1 - α1 = 1 – 0,5 = 0,5 
+ [J] =15: gradien thấm cho phép của vật liệu làm màn xác đònh theo
CH 123-60.
δ≥

38,46
= 2,24 (m)

15

Để đảm bảo về mặt kết cấu ta chọn δ = 3 (m)
3. Vò trí màn chống thấm:
Màn chống thấm bố trí càng gần mặt thượng lưu đập càng tốt. Nhưng để chống
thấm cho thành phía trước của hành lang phụt vữa cần khống chế:
l1 ≥

H1
Jb

Trong đó:
H1 = 44,1m : cột nùc lớn nhất tính đến đáy hành lang.
Jb = 10 : gradien thấm cho phép của bêtông.
⇒ l1 ≥ 4,41 (m)

III. Kiểm tra trò số của α 1.

Trong thiết kế sơ bộ, có thể áp dụng phương pháp của Pavơlốpxki, theo đó:
α1 =

P2
P1 ;

với P1 = γnH ;
2
 

x
γ nH

1 

P2 =
arccos
1 +   − b 

π
 s1 
 a 

2
 

x
1
1 

từ đó α 1 = arccos  1 +   − b 
π
 s1 
 a 
 
b
Trong đó x =
2

Trang 12

(10)

Đồ án thủy công 4
2
2

 l1 
 l 2  
1
a=
1 +   + 1 +  
2
 s1 
 s1  

2
2

 l2 
 l1  
1
b=
1 +   − 1 +  
2
 s1 
 s1  


Trong đó các ký hiệu xem trên hình 1
- Trường hợp α1 tính theo (10) không phù hợp với trò số đã giả thiết ở (4-2), cần
chọn lại các thông số của màn chống thấm (l 1, l2, x), hoặc tính lại mặt cắt đập theo

trò số α1 mới. Đến khi nào α1 tính toán tương đương với α1 giả thiết, (l1, l2, x) hợp lý.
* Kết quả được thể hiện trong bảng sau:
B
59

L1
10

δ
3

L2
46

S1
15

a
2.214

b
1.012

x
0.506

α1
0.502

Với α1 tính toán như trong bảng, các kích thước đã hợp lý.

§4-4 TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐẬP TRÀN
I. Tính toán khẩu diện tràn.
1. Công thức chung: tài liệu đã cho cao trình ngưỡng, cột nước lớn nhất trên
tràn (ứng với tần suất thiết kế) và lưu lượng cần tháo. Cần xác đònh bề rộng tràn để
tháo được lưu lượng cần thiết.
Sử dụng công thức chung của đập tràn:
Trong đó :
ε :
δn :
m :
∑b :
H :
Qt :

Q = εδ n m ∑ b 2gH

3

2

(13)

hệ số co hẹp bên.
hệ số ngập, trường hợp đập tràn chảy tự do thì δn=1.
hệ số lưu lượng.
tổng chiều dài tràn nước.
cột nước trên đỉnh tràn.
lưu lượng tháo qua tràn.

2. Xác đònh các thông số:
Trường hợp sử dụng cả các tổ máy thủy điện để tháo lũ, Q t xác đònh như sau:
Qt = Q - αt Q0
(14)
Trong đó:
Q = Q(2%) = 1230 (m3/s) lưu lượng tháo lũ lớn nhất (theo tài liệu đã cho)
Q0 : khả năng tháo lớn nhất của nhà máy thủy điện, lấy trong trường hợp cả
4 tổ máy đều làm việc.
Qo =110×4 = 440 (m3/s).
Trang 13


Đồ án thủy công 4
αt : hệ số lợi dụng, lấy αt = 0,8
⇒ Qt =1230 – 0,8.440 = 878 (m3/s).
+ Hệ số lưu lượng m của đập tràn:
m =δH.δhd.mtc
(15)
Trong đó:
mtc : hệ số lưu lượng tiêu chuẩn với đập Cơrigiê–Ophixêrốp loại 1
mtc = 0,49
δH : hệ số sửa chữa do cột nước thay đổi (δH=1)
δhd : hệ số sửa chữa do thay đổi hình dáng so với mặt cắt tiêu chuẩn.
(δhd= 0,987)
+ Hệ số co hẹp bên ε:
ε = 1 − 0.2

ξ mb + (n − 1)ξ mt H 0
n
b

(16)

Trong đó:
ξmb và ξmt lần lượt là hệ số co hẹp của mố trụ và mố bên.
ξmb = 0.45 ; ξmt = 0.7
n- số khoang
b- bề rộng của 1 khoang
+ Cột nước toàn phần:
H0 = H +

αV02
2g

Trong đó:
V0 là lưu tốc tới gần (vì lòng sông rộng nên lấy Vo = 0)
V ì vậy H 0 = H = 5,1 (m)
3. Xác đònh khẩu diện:

∑b =

Qt

(17)

3

εδ n m 2gH 0 2

- Trình tự tìm ∑b:

+ Giả thiết trò số ε, thay vào (17) tìm ∑b
+ Tiến hành phân khoang, chọn loại mố.
+ Tính lại ε theo (16), nếu ε khác với trò số đã giả thiết, cần tính lại ∑b với
trò số ε mới.
- Thực hiện:
Qt
∑ b = εδ m 2gHo3/2
Từ (4-13) rút ra:
(4-17)
n
Chọn ε = 0.954.
Với Qt =878 m3/s

;

∑b =

σn = 1 ; m = 0.479 ; H0 =5,1 m.
878

0.925 x1x0.479 2 x9.81x5.13 / 2

Ta chọn tràn có 5 khoang n = 5
Trang 14

= 37.64m.

⇒ b = ∑b/n = 7.5m.

Đồ án thủy công 4
- Nhận xét: hệ số co hẹp không thay đổi do vậy ta chọn.
+ Tổng bề rộng tràn là
: ∑b = 37,64 (m)
+ Số khoang tràn là
: n =5
(khoang)
+ Bề rộng của mỗi khoang : b = 7.5
(m)
* Kết quả việc tính toán thể hiện trong bảng sau:
ε δn b
mtc δH δbd
M
Q Qo αt QT Vo Htk Ho ∑b n ξmt ξmb
0.49 1 0.978 0.479 1230 440 0.8 878 0 5.1 5.1 37.6 5 0.45 0.7 0.954 1 7.5

II. Tính toán tiêu năng.
1. Chọn hình thức và biện pháp tiêu năng:
- Hình thức: có thể là tiêu năng chảy đáy hoặc phóng xa. Hình thức mặt không
thích hợp theo tài liệu đã cho, mực nước hạ lưu thay đổi tương đối lớn.
- Biện pháp:
+ Khi tiêu năng đáy: có thể bằng đào bể, xây tường kết hợp. Trong trường
hợp nền đá nếu đào bể quá sâu thì không có lợi. Xây tường quá cao cũng không
kinh tế vì phải xử lý nước nhảy ở sau tường. Hợp lý nhất nên xét làm bể – tường kết
hợp.
+ Khi tiêu năng phóng xa: cần làm mũi phun cuối đập tràn. Cao trình mũi
phun chọn cao hơn mực nước hạ lưu max.
2. Tính toán cho hình thức tiêu năng đáy.
Xác đònh lưu lượng tính toán tiêu năng: giả thiết các cột nùc tràn (từ 0÷Hmax),
tính lưu lượng tràn Qt theo (13); với cột nước và lưu lượng đó, tính độ sâu liên hiệp

''
'
với độ sâu co hẹp h c (có thể tính theo phương pháp tra bảng tìm τ c của Agơrốtskin).
Độ sâu hạ lưu tìm được từ quan hệ Q-Zhạ với lưu lượng xả.
Q = Qt + αt.Q0
''
Lưu lượng tính toán tiêu năng là trò số Qt nào ứng với ( h c -hh ) max
- Tính toán kích thước bể tiêu năng:
''
+ Dựa vào hiệu số ( h c - hh)max để chọn biện pháp tiêu năng thích hợp. Khi (
h ''c - hh) nhỏ, chỉ cần đào bể hoặc xây tường. Khi ( h ''c - hh) lớn, nên xét làm bể –
tường kết hợp. Việc tính toán kích thứơc thiết bò tiêu năng tương ứng (chiều sâu bể
d, chiều cao tường c, chiều dài bể L b), tiến hành theo phương pháp đã trình bày
trong các giáo trình thủy lực:
Htràn
1
1.5
2
2.5

Qtràn
76.2
140.0
215.6
301.3

Trang 15

Eo
60

60.5
61
61.5

F(tc)
0.00459
0.00832
0.01265
0.01747

tc
t"c
hc
h c"
0.001 0.07 0.06 4.2
0.002 0.0839 0.121 5.08
0.003 0.102 0.183 6.222
0.004 0.118 0.246 7.257

Zh
333.98
334.26
334.60
335.06

hh
3.98
4.26
4.6
5.06

hc"-hh
0.22
0.81
1.62
2.20

Q*
428.23
492.05
567.62
653.33


Đồ án thủy công 4
3
3.5
4
4.5
5.1

396.1
499.2
609.9
727.7
878.0

62
62.5
63

63.5
64.1

0.02269 0.005
0.02825 0.007
0.0341 0.008
0.04021 0.01
0.04784 0.0125

0.138
0.154
0.17
0.18
0.2

0.31
0.4375
0.504
0.635
0.8013

8.556
9.625
10.71
11.43
12.82

335.34
335.60
336.05

336.44
336.76

5.34
5.6
6.05
6.44
6.76

3.21
4.02
4.66
4.99
5.66

748.11
851.16
961.86
1079.71
1230.00

Q* = Qt + αt.Qo
Q T = σ n .ε.m.∑ b. 2g .H T
3

2

Q= QT + αQ0 = QT + 0,8.440 = QT + 352
Eo= P + HT = 59 + HT
QT

"
F(τ c ) =
tra bảng (15-1) trong bảng tính thủy lực ⇒ τ c
b
.
ϕ
.
E
∑
o
3

2

⇒ h "c = E o .τ"c

Zh : nội suy từ đường quan hệ Q∼Z ở hạ lưu tuyến đập
h h = Z h − ∇ đáy = Z h − 330

"
Ta thấy ứng với ( h c − h h ) max ⇒ Q = 878 m3/s và HT = 5,1 (m)
+ Tiêu năng bằng bể và tường kết hợp:

Q
878

ϕ
1

m

0.42

hh
6.76

Q

Hk

hc1

Co

17.39

3.14

1.90

1.747

Q
q=
∑ b ; Htk =

Chú thích:

3

αq 2

;
g

1.05

∑b
37.64

hc"
12.82

h1

d

lb

4.21

7.85

46

αο

σ

1
Lấy c
=

1.40

8α o q 2
hh
1+
−1 ;
hc1 =
3
2
gh h

 q 
q2


−
co = hc1 + 2
ϕ' 2gh 2c1  m 2g 
"
d = σh c − H 1 - c

2/3

c = (0,9 – 0,95)co
lb = 0,8 x 4,5 x hc"

3. Tính toán cho hình thức tiêu năng phóng xa:
- Tìm góc nghiêng hợp lý của mũi phun:
+ Thường chọn trước cao trình mũi phun. Để tìm góc nghiêng hợp lý của
mũi phun θm , giả thiết các phương án θm khác nhau, tính với lưu lượng xả Q max, tìm

được chiều dài phóng xa lp và chiều sâu dx tương ứng. Giá trò của θm được coi là hợp
dx

lý khi tỉ số l là nhỏ nhất.
p
- Vẽ đường bao hố xói:
Trang 16


Đồ án thủy công 4
+ Mục đích: xác đònh mức độ hố xói lan vào chân đập để có biện pháp xử lý
thích đáng.
+ Cách vẽ: tính với các cấp lưu lượng xả qua tràn từ O đến Q t max (Ht thay đổi
từ 0 đến Ht max). Với mỗi cấp lưu lượng tính được l p và dx, chọn hệ số mái của hố xói
mx, vẽ được hố xói tương ứng. Nối các điểm ngoài cùng của các hố xói ta được
đường bao hố xói.
- Kết quả tính toán:
Chọn: θm = 10o = 0,175 (rad)
= 0,9
σ = 1,1
S2 = 10 (m)
V : vận tốc tại đầu vòi phun
Htràn
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4

4.5
5.1

Qtràn
76.23
140.05
215.62
301.33
396.11
499.16
609.86
727.71
878.00

h c"
4.20
5.08
6.22
7.26
8.56
9.63
10.71
11.43
12.82

Giải thích: S1 = H – S2 ;

hh
4.07
4.35

4.68
5.10
5.38
5.64
6.07
6.45
6.76
σ=

S
60.0
60.5
61.0
61.5
62.0
62.5
63.0
63.5
64.1

S1
50.0
50.5
51.0
51.5
52.0
52.5
53.0
53.5
54.1

S1
= 1,1
S

2
2
lp = 2ϕ σScosθ(sinθ + sin θ +

v
28.19
28.33
28.47
28.61
28.75
28.88
29.02
29.16
29.32

σ
0.83
0.83
0.84
0.84
0.84
0.84
0.84
0.84
0.84

;

ω
2.70
4.94
7.57
10.53
13.78
17.28
21.01
24.96
29.94

h
0.07
0.13
0.20
0.28
0.37
0.46
0.56
0.66
0.80

dx
0.55
1.24
2.17
2.88
4.03

4.94
5.71
6.12
7.34

lp
51.78
52.19
52.61
53.04
53.47
53.90
54.34
54.78
55.32

v = ϕ 2g.S1

0,5hcosθ + (1 − σ)S
)
ϕ 2 σS

Từ kết quả này ta vẽ được đường bao hố xói: (hình vẽ)

§4-5. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA ĐẬP.
I. Mục đích.
+ Kiểm tra ổn đònh trượt, lật cho các mặt cắt đập không tràn và đập tràn.
+ Trong đồ án này, yêu cầu tính ổn đònh trượt cho phần đập không tràn (kiểm
tra cho mặt cắt có chiều cao lớn nhất của phần này).

II. Các trường hợp tính toán. Cần kiểm tra với các trường hợp làm việc khác
nhau của đập.
1. Ứng với MNDBT, các thiết bò chống thấm và thoát nước làm việc bình thường
(tổ hợp cơ bản).
2. Ứng với MNDBT, có động đất (đặc biệt).
3. Ứng với MNDGC (đặc biệt).
Trang 17


Đồ án thủy công 4
4. Ứng với MNDBT, các thiết bò chống thấm và thoát nước làm việc không bình
thường (đặc biệt).
Trong đồ án này yêu cầu kiểm tra với các trường hợp 2 và 3.

III. Kiểm tra ổn đònh trượt cho các trường hợp.
Theo trình tự sau:
1. Xác đònh các lực tác dụng lên đập (bài toán phẳng): xem đồ án số 1
+ Giải thích:
MNDGC (đặc biệt): Xác đònh các lực tác dụng lên đập (bài toán phẳng)
1
W1 = γ n n , H12
1
Wth = γ n α 1 H1B
2
2
1
2
W2 = γ n H 1
W5 = γ n BH 2
2

1
1
,
2
W
=
γ bc h 32 n ,
6
W3 = γ n m H 2
2
2
1
1
Wg = γ bc h 32 K a
W4 = γ n H 22
2
2
Fđ = KαG
h

Ws = K đ γ n h H 1 + 
1
2

Wđ = kγ n H 12
2
 h 2 h.H 1 H 12 

W8 = 2 ktgϕWg
M max = k m γ n h +

+
6
2
2


nB
n , = cot gα =
H1
m , = cot gβ =
Trong đó :

(1 − n)B
H1

H = H1 − H 2
γ bc = γ k − γ n (1 − n b )
ϕ

K a = tg 2  45 − 
2


2. Kiểm tra sự an toàn về trượt phẳng (đập trên nền đá). Trường hợp mặt
trượt nằm ngang thì tiến hành theo công thức (3). Trong đó:
Ntt = ∑P= W2 − W4 + Ws + Wg + W8 : tổng các lực gây trượt chủ động
R = F0∑G + C.B
Trong đó:
∑G = W1 + W3 − Wth − W5 + W6 + G : tổng hợp lực kháng trượt
F0 = 0,65

C = 20 (T/m2) – đặc trưng chống trượt (theo tài liẹâu đã cho)
Trang 18


Đồ án thủy công 4
B = 59 - bề rộng mặt trượt
3. Kết luận về tính hợp lý của mặt cắt đập:
nK
R
≥ c n ⇒ 1,5 ≥ 1,2 (thỏa mãn)
Theo công thức (3) :
N tt
m
Vậy đập bảo đảm ổn đònh với tần suất 50 năm xảy ra 1 lần.
Chi tiết việc tính toán đïc ghi trong bảng sau:

§4-6 PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT THÂN ĐẬP.
I. Mục đích.
Xác đònh các đặc trưng phân bố ứng suất trong thân đập (các đường đẳng ứng
suất, quỹ đạo ứng suất N1, N2, T) để sử dụng cho việc phân vùng vật liệu, bố trí khe
thi công, phân tích ứng suất lỗ khoét.

II. Trường hợp tính toán.
Cần phân tích ứng suất với các trường hợp làm việc khác nhau của đập. Trong
đồ án này yêu cầu tính với 1 trường hợp (trường hợp 3). Tính cho một mặt cắt đập
không tràn (mặt cắt đã kiểm tra ổn đònh ở trên).
III. Phân tích ứng suất cho mặt cắt đã chọn.
Sử dụng phương pháp phân tích trọng lực. Trình tự như sau:
1. Chia lưới:
Chia mặt cắt đập ra các phần bởi 1 lưới vuông, kích thước mắt lưới cỡ 10x10m

2. Tính toán:
Ngoại lực tác dụng lên đập ứng với các mặt cắt nằm ngang khác nhau (chỉ tính
các lực tác dụng lên đập ở phần bên trên mặt cắt ngang đang xét). Các lực cần tổng
hợp là:
∑G : tổng lực thẳng đứng.
∑P : tổng lực nằm ngang.
∑M0 : tổng môment đối với tâm mặt cắt.
3. Tính ứng suất biên trên từng mặt cắt.
(sử dụng các công thức và quy ước đã trình bày trong giáo trình Thủy công tập 1)
- Ứng suất pháp:
σy =

∑ G + 6∑ M 0
B

B2

(19)

Trong đó: B: bề rộng của mặt cắt nằm ngang đang xét.
- Ứng suất tiếp:
'
'
+ Biên thượng lưu: τ = (γ n y − σ y )tgα 1
Trong đó:
Trang 19

(20)

Đồ án thủy công 4
γ n : dung trọng nước.

y : chiều sâu nước tính đến mặt cắt ngang đang xét.
σ 'y : trò số ứng suất pháp σ y tại biên thượng lưu.
α 1 : góc giữa mái thượng lưu đập và phương thẳng đứng.
τ '' = σ ''y tgα 2
+ Biên hạ lưu:
(21)
σ ''y : trò số ứng suất pháp σ y tại biên hạ lưu.
α 2 : góc giữa mái hạ lưu đập và phương thẳng đứng.
- Ứng suất pháp σ x :
'
'
2
+ Biên thượng lưu: σ x = γ n y − (γ n y − σ y )tg α 2
(22)

Trong đó:

σ ''x = σ ''y tg 2 α 2
+ Biên hạ lưu:
- Ứng suất chính:
+ Biên thượng lưu:
N '2 = γ n y

N 1' =

(23)

(24)

σ

'
y

cos α 1
2

− γ n ytg 2 α 1

(25)

+ Biên hạ lưu:
N ''2 = 0
N 1'' =

(26)
σ

''
y

(27)

cos 2 α 2

- Ứng suất cắt chính:
N 1' − N '2

2
''
N
T '' = 1
2

+ Biên thượng lưu: T ' =

(28)

+ Biên hạ lưu:

(29)

4. Tính toán các thành phần ứng suất trong mặt cắt:
(chọn trục x hướng từ hạ về thượng)
- Ứng suất pháp σ y trên mặt cắt nằm ngang:
''
y

σy = σ +

σ 'y − σ ''y
B

x

(30)

- Ứng suất cắt τ trên mặt nằm ngang:

τ = a1 + b 1 x + c1 x 2

Trang 20

(31)


Đồ án thủy công 4

Trong đó :



''
a1 = τ


1  6∑ P

+ 2τ ' + 4τ '' 
b1 = − 
B B



6 P

c1 = − 1  ∑ + 3τ'+3τ '' 
2 



B  B


(32)

- Ứng suất pháp σ x trên mặt nằm ngang: (coi gần đúng là biến đổi tuyến tính
theo x)
σ 'x − σ 'x'
''
σx = σx +
x
(33)
B
- Ứng suất chính: tính theo sức bền vật liệu.
N 1,2 =

σx + σy
2

 σx − σy
+ 
 2

2


 + τ 2


(34)

2

 σ − σy 
2
T=  x
(35)
 2  + τ


Phương của N1 (N1>N2) nằm với trục x (khi σ x > σ y ) hoặc với trục y (khi σ y > σ x
) một góc θ1 .
Với:

tgθ1 =

− (σx − σy ) ±

(σ

− σ y ) + 4τ 2
2

x

(36)

2τ
Với quy ước góc θ1 dương nếu quay từ trục gốc đến phương của N 1 theo chiều

thuận kim đồng hồ.
5. Vẽ các đường thẳng ứng suất và quỹ đạo ứng suất:
Từ kết quả tính toán ở trên, tiến hành vẽ được:
- Các đường thẳng ứng suất N1, N2.
- Các quỹ đạo ứng suất N1, N2.

§4-7 CÁC CẤU TẠO CHI TIẾT.
1. Phân đoạn đập và cấu tạo khớp nối.
Phân thành các khe thi công dọc theo tuyến đập (bố trí như trong bản vẽ).
2. Cấu tạo đỉnh đập.
3. Thiết bò thoát nước và hành lang trong đập.
4. Nối tiếp phần tràn và không tràn.
5. Nối tiếp đập với nền và bờ.

§4-8 KẾT LUẬN.
Nêu tóm tắt những nội dung đã làm, các kiến nghò và kết luận :
Trang 21


Đồ án thủy công 4
Bản vẽ: trên 1-2 bản vẽ khổ A1 thể hiện.
Mặt bằng bố trí đập.
Chính diện thượng lưu .
Chính diện hạ lưu.
Mặt cắt qua phần đập không tràn.
Mặt cắt qua phần đập tràn.
Các chi tiết : đỉnh đập, khớp nối, hành lang trong đập.

Trang 22